乙醇体系磺化碳纳米管催化甘油三酯的研究
本文关键词：乙醇体系磺化碳纳米管催化甘油三酯的研究
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【摘要】：随着社会的高速发展,环境问题日益成为人们关注的焦点,矿质能源的使用对环境产生了一些负面影响如空气污染等。同时,人类社会生活与生产对能源的需求越来越高,目前,全球运输所需能源主要来源于矿质能源,并以每年2%的速度增长,而矿质能源作为不可再生能源,正日益减少且排放大量温室气体,生物质能源用以代替矿质能源引起了全球广泛的关注,生物柴油是一种新型的可再生能源,具有广阔的应用前景。它是一种以动植物油、餐饮废油等原料油与低碳醇类物质,经过物理化学等方法制成的低级烷基长链脂肪酸酯,具有原料来源广、可再生、清洁、可降解、无毒性等优点,酯交换反应是制得高品质生物柴油的最简单,经济的方法之一。本文以通过磺化功能化碳纳米管为一种有效的固体酸催化剂催化剂,在乙醇体系中,用于甘油三酯的酯交换反应研究。其主要研究结果与结论如下:(1)利用一种简单高效的方法制备了一种磺化碳纳米管催化剂,结果表明,由于磺化碳纳米管多环结构基质从而具有高酸性,在反应条件为催化剂加入量为3.7wt%,停留时间为1h,反应温度150℃,甘油三酯在乙醇体系中实现了 97.8%的总转化率,明显优于其他催化剂,如碳化磺化合成碳和金属氧化物催化剂WO_3/ZrO_2等。(2)通过BET,FT-IR,XPS和TEM测量来充分表征催化剂,了解到此催化剂具有比表面积大,孔道宽,结构稳定,催化活性高的优点,适用于甘油三酯的酯交换反应。(3)考量了催化剂添加量、CO_2充入量,反应时间和反应温度等因素对酯交换过程的影响。起初,随着催化剂添加量,反应时间和反应温度的增加,乙酯产率增加,然后趋于平衡。CO_2充入量对乙酯产率几乎没有影响。通过磺化碳纳米管与等质稀硫酸对比试验,说明碳纳米管被稀硫酸有效的磺化和功能化,催化剂的回收利用证明了其具有较高的稳定性。(4)构建了简单的动力学模型,从反应模型计算出的活化能和指前频率,分别为72.1±4.1 kJ/mol 和 17.38±1.16min-1。(5)结合活性和表征数据使得能够假定甘油三酯酯交换的以下反应机理:SO_3H基团首先通过相互作用吸收甘油三酯和乙醇在酸性位点和原子氧之间。然后羰基碳受到攻击亲核乙醇生成最终产物脂肪酸乙酯。发现这项工作提供有用的见解对于轻松的设计和合成有效的固体酸催化剂用于甘油三酯的酯交换以产生生物柴油。
【学位授予单位】：昆明理工大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2017
【分类号】：O643.32;TE667
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本文编号：1306417
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